Германієвий дрейфовий транзистор

     Отже, можна відзначити два небажаних  ефекти, що з'являються при великих  I_э і U_k: зменшення g з ростом I_э і наявність зворотного зв'язку між U_k і вхідним сигналом. Причиною обох ефектів є мала концентрація основних носіїв у базі, яку не можна збільшувати, тому що при цьому зменшиться g. 

     Обидва ці ефекти можуть бути усунуті в конструкції транзистора з гетеропереходом у якості емітера. Один з варіантів енергетичної діаграми такої структури показаний на мал. 3. Тому що в якості емітера використовується матеріал з більшою шириною забороненої зони, чим матеріал бази, потенціальний бар'єр для дірок значно більший, ніж для електронів. Це дозволяє здійснювати практично однобічну інжекцію електронів у базу при будь-яких струмах емітера. Отже, g при великих I_э не зменшується. 

     

     Рис. 3. Енергетична діаграма п-р-п-транзистора з гетеропереходом при робочих зсувах 

     Якщо  в звичайному транзисторі для  одержання g»1 необхідно область емітера легувати домішкою значно сильніше, ніж область бази, то в транзисторі з гетероемітером можна одержати g»1 і при зворотному співвідношенні. Тому область бази в такому транзисторі може бути легована значно сильніше, ніж область емітера і колектора. З ростом напруги на колекторі область об'ємного заряду розширюється в слаболеговану область, тобто в даному випадку в область колектора.   Отже,   ширина бази не змінюється при зміні U_к і зворотний зв'язок між входом і виходом відсутній. Якщо розрив енергії в зоні провідності більше ширини забороненої зони напівпровідника бази, то інжектовані в базу електрони можуть віддавати надлишкову енергію електронам валентної зони і переводити їх у зону провідності (Рис. 3.), тобто відбувається множення числа інжектованих носіїв. У цьому випадку коефіцієнт передачі струму h_21э може бути більше одиниці, в чому ще одна перевага транзистора з гетеропереходом у якості емітера [7].

     Перші зразки діючих транзисторів з гетероемітером вже отримані, і викладені вище розуміння в загальному перевірені. Однак на шляху їхнього впровадження у виробництво стоять значні технологічні труднощі. Основною проблемою є створення бездефектної границі розділу в гетеропереході, тому що на дефектах відбувається значна рекомбінація інжектованих носіїв і g зменшується.

 
 
 

2.3 Представлення транзистора у вигляді чотириполюсника 
 

     При розрахунку електронних ланцюгів транзистор можна представити у вигляді  чотириполюсника (рис. 4), що дозволяє використовувати для цих цілей добре розроблені методи теорії ланцюгів. 

     

     

     Рис. 4. Схема чотириполюсника для опису електричних властивостей транзистора 

     Як  відомо, чотириполюсник характеризується вхідними U₁, I₁ і вихідними U₂, I₂ напругами і струмами. Якщо відомі дві з цих величин, то дві інші однозначно знаходяться на основі статичних характеристик транзистора. У загальному вигляді зв'язок струмів з напругами в чотириполюснику описуються шістьма рівняннями, з яких три набули широкого застосування. У першому з них напруги розглядаються як лінійні функції струмів:

     

     

     Параметри Z_ik мають розмірність опорів і є комплексними величинами. Вони виражаються через струми і напруги в режимі холостого ходу в такий спосіб:

     

                       

                                                    (2.15)

     При розгляді струмів транзистора як лінійних функцій напруг одержуємо Y - систему рівнянь:

     

                                                  (2.16) 

     Параметри Y мають розмірність провідності, також е комплексними величинами. Вони визначаються при короткозамкнутому за змінним сигналом вході чи виході:

     

                 

                                                (2.17)

     Недолік системи Z і Y - параметрів - складність їхнього експериментального визначення, тому що внаслідок малого вхідного опору транзистора важко створити режим короткого замикання на вході і внаслідок великого вихідного опору важко створити режим холостого ходу на виході. Ці недоліки можна усунути при використанні гібридної системи h - параметрів:

     

                                                                        (2.18)

     Для, визначення h_ik - параметрів необхідно створити режим короткого замикання у вихідному ланцюзі і режим холостого ходу у вхідному. Таким чином, h - параметри виражаються через струми і напруги в такий спосіб:

       - вхідний опір при короткому замиканні вихідного ланцюга;

      - коефіцієнт зворотного зв'язку за напругою  при холостому ході у вхідному ланцюзі;

      - коефіцієнт передачі струму при короткому замиканні вихідного ланцюга;  

      - вихідна провідність при  холостому ході у вхідному  ланцюзі.

     На  практиці вимірювати h - параметри значно простіше, тому що транзистор в умовах вимірів працює в режимах, близьких до реальних. Однак, при розрахунку електричних ланцюгів, що містять транзистори, здебільшого використовуються Z - чи Y - параметри. Кожна система параметрів чотириполюсника зв'язана між собою, тому параметри однієї системи можна виразити через параметри іншої. На підставі (2.18) можна записати

     При дослідженні поводження схем чи транзистора  схеми, що містять його, необхідно  мати зв'язок параметрів чотириполюсника  з елементами еквівалентної схеми. Розглянемо цей зв'язок для параметрів у схемі з загальною базою [9]. При аналізі еквівалентної схеми в області низьких частот при короткому замиканні на виході одержимо

     

 

     Вважаючи, що r_кб>>r , можна записати 

     

 

     У режимі холостого ходу (І_e = 0 ) на входах визначимо 

     

      3 МЕТОДИКА  РОЗРАХУНКУ  ДРЕЙФОВОГО  ГЕРМАНІЄВОГО n-p-n ТРАНЗИСТОРА 

      Як  приклад розрахунку дрейфового германієвого n-p-n транзистора проведемо розрахунок дифузійного транзистора. Геометрична структура транзистора представлена на рисунку.

      

      1. Розрахунок    часу    дифузії 

      а)  Дифузійний сполучний шар

      Цей шар утвориться в результаті дифузії  сурми у вакуумі або водні.

      Передбачається, що закон розподілу домішок у  результаті дифузії визначається erfc функцією:

      

 

      Тому  що

      

      2. Розрахунок   дрейфового   поля   транзистора 

      Показник  експоненти, що апроксимує розподіл домішок  у базі, визначається як

      

      

 

      3.   Розрахунок α

      

      

      

      

      

      

      4. Розрахунок  опорів

        а) Опір емітера

      

      б) Опір бази

      

      в) Опір колектора

      

      5.   Розрахунок  ємностей 

      а) Зарядна ємність колектора

      

      б) Зарядна ємність емітера

        Вважаючи емітерний перехід різким, маємо:

      

 

      6.   Розрахунок   граничних   частот 

      а) Гранична частота, обумовлена ланцюгом емітера.

      

      б)   Гранична частота   коефіцієнта передачі по струму, обумовлена механізмом переносу через базу

      

      в) Гранична гранична частота f_α

      

      г) Максимальна частота генерації

      

      7. Розрахунок зворотних струмів  колекторного переходу 

      а) Складової об'ємної рекомбінації

      

      б) Складової поверхневої рекомбінації

      

      в) Складової генерації в запірному  шарі переходу

      

      г) Повний струм

      

      8. Розрахунок  пробивних   напруг 

      а) Напруга лавинного пробою колектора

      

      б) Напруга, при якій α = 1

      

      9.  Максимальна     температура  колекторного   переходу

      Т_макс = 80° С.

      

      10. Розрахунок теплового опору   конструкції [3]

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ТРАНЗИСТОРІВ МЕТОДОМ ДИФУЗІЇ 

     Напівпровідникова технологія в теоретичному плані  розроблена порівняно слабко й у  цьому відношенні ще далека від рівня фізики напівпровідників і напівпровідникових приладів. Проте доцільно дати загальне представлення про основні етапи технологічного процесу, оскільки такі зведення можуть сприяти кращому розумінню властивостей, параметрів і особливостей самих приладів.

     Одержання й очищення напівпровідників.

     Якість  напівпровідникових приладів у значній  мірі залежить від якості вихідних напівпровідникових матеріалів. Особливу проблему при виготовленні напівпровідників представляє їхнє очищення. Для збереження характерних напівпровідникових властивостей зміст домішки, як правило, повинне лежати в межах до 0,0001%. Однак і ця винятково мала цифра характерна лише для корисної домішки. Зміст сторонніх, а особливо шкідливих домішок повинне бути ще на 1-2 порядки менше .

     Ідеальним випадком була би можливість одержання абсолютно чистого - власного напівпровідника, у який потім можна було б додавати необхідну кількість корисної домішки. Практично одержання «сьогодення» власного напівпровідника неможливо, але методи сучасної металургії дозволяють одержати вихідні матеріали з зазначеною вище ступенем чистоти.